[發明專利]應用焊絲強化熱作模具材料表面的方法

有效

• 申請號: 201610204249.3
• 申請日: 2016-04-01
• 公開（公告）號: CN105728979B
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 陳穎;吳甲民;余圣甫;史玉升;李昱
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B23K35/30
• 分類號: B23K35/30;B23K35/40;B23P15/24
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒

本發明公開了一種焊絲及其制備、應用該焊絲強化熱作模具材料表面的方法，其中，該焊絲含有占該焊絲質量85.2％～89％的鐵元素，并包括占該焊絲質量5.71％～6.98％的鉻元素、0.86％～1.52％的碳元素、1.16％～1.63％的錳元素、0.56％～0.84％的釩元素、0.55％～1.0％的鈮元素、1.39％～1.63％的鉬元素、0.5％～1.1％的硅元素和0.08％～0.1％的氮元素。本發明通過對預先設計焊絲的成分和配比，尤其是組成焊絲拉絲原料的合金粉末的成分和配比等進行改進，使得該焊絲尤其可應用于熱作模具材料工作表面強化，提高熱作模具表面高溫工作的性能。

技術領域

本發明屬于金屬材料表面技術領域，更具體地，涉及一種焊絲及其制備、以及應用該焊絲強化熱作模具材料表面的方法，其中使用該焊絲強化熱作模具材料表面的方法是基于氣體保護焊，尤其適用于熱作模具表面的強化改性。

背景技術

熱作模具材料在服役期間高溫、高壓和循環應力的作用下，其工作表面產生的熱疲勞表面裂紋以及高溫磨損是模具失效的主要形式，占所有失效模具的八成，而模具的制備成本很高(材料和加工)，生產周期長(一般要幾個月的時間)，極大的降低了模具的使用性能和壽命。為了提高模具的壽命，需提高其工作表面的耐磨性能和材料的斷裂韌性。

傳統的方法是對碳合金化鋼進行熱處理以獲得均勻一致的組織性能并使用表面淬火的方法來獲得高韌性、高耐磨性能的材料。但形成的表面由于冷卻速度的不同，往往形成不均勻的組織結構，而且主要的強化相-鉻的碳化物在鋼基體中的彌散效果較差，高溫穩定性能不足，在熱處理過程中容易使M₂₃C₆、M₇C₃等碳化物硬質點過分長大形成硬脆相。研究發現，若是能使用氮代替一部分碳來對鋼進行固溶和合金強化，可以在不損失基體韌性的同時，析出具有高溫穩定性能的氮化物合金質點，提高鋼的硬度、耐磨性和高溫穩定性；并且，氮比較于碳具有更好的固溶強化性能，氮的化合物也同時比碳化物具有更好的高溫穩定性和彌散性。

目前業界實現氮代替部分碳使用的方法主要有兩種，一種是鑄造鋼的時候往里面通氮氣，然后長時間高溫高壓，使其固溶在基體中，固溶度高且均勻；另一種是表面滲氮、滲硼、滲碳或者二元，多元共滲可以形成一層很薄的(微米級)的強化層，強度很高的表面。第一種方法一般用作大批量的鋼材生產，如H13鋼，但不易用于現場的模具再修復操作。第二種方法耗時太長，一般需要四五個小時至十幾、二十多個小時，并且該方法需要真空環境，操作困難、成本高且對樣品尺寸有限制；強化層厚度不足，且強化效果沿著厚度方向分布極為不均，不能滿足受到循環機械/熱應力作用下的熱作模具剛的要求。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的目的在于提供一種焊絲及其制備、以及應用該焊絲強化熱作模具材料表面的方法，其中通過對關鍵的預先設計焊絲的成分和配比，尤其是組成焊絲拉絲原料的合金粉末的成分和配比等進行改進，使得該焊絲尤其可應用于熱作模具材料工作表面強化，與現有技術相比能夠有效解決目前通過表面淬火強化的熱作模具表面高溫工作性能不足的問題，以及碳合金化鋼長時間在高溫條件下容易出現脫碳軟化等組織惡化現象。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種焊絲，其特征在于，該焊絲含有占該焊絲質量85.2％～89％的鐵元素，并包括占該焊絲質量5.71％～6.98％的鉻元素、0.86％～1.52％的碳元素、1.16％～1.63％的錳元素、0.56％～0.84％的釩元素、0.55％～1.0％的鈮元素、1.39％～1.63％的鉬元素、0.5％～1.1％的硅元素和0.08％～0.1％的氮元素。

作為本發明的進一步優選，所述焊絲包括占該焊絲質量5.95％的鉻元素、1.11％的碳元素、1.2％的錳元素、0.6％的釩元素、0.6％的鈮元素、1.50％的鉬元素、0.6％的硅元素和0.08％～0.1％的氮元素，余量為鐵元素。